“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验改进分析

2020-06-05李敏

考试周刊 2020年46期

摘要： “探究酵母菌细胞呼吸的方式”是人教版高中生物必修1《分子与细胞》，第五章第三节：“ATP的主要来源——细胞呼吸”中的探究性实验。充分利用此实验，可提高学生实验创新、设计实验、实施实验的能力。高考命题中重视考查学生的综合能力和科学思维，激发学生学习生物科学的兴趣，培养实事求是的科学态度，帮助学生形成正确的价值观，促进学生德、智、体、美、劳全面发展。

关键词：酵母菌;细胞;呼吸方式;装置;改进

《普通高中生物学课程标准》提出，生物课程设计的宗旨是培养学生学科核心素养。学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。生物学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。本节课笔者以探究酵母菌的细胞呼吸方式为例，在引导学生进行探究实验的过程中，培养学生对自然现象和规律的求知欲和好奇心，掌握科学探究的基本方法和思路，提高学生理论联系实践的能力;在探究中，培养学生团队合作和勇于创新的精神。笔者在本节课的教学中着重培养学生的科学思维和科學探究。

“探究酵母菌细胞呼吸的方式”是人教版高中生物必修1《分子与细胞》，第五章第三节：“ATP的主要来源——细胞呼吸”中的探究性实验。学生在学习细胞呼吸之前进行此实验，可以了解有氧呼吸和无氧呼吸的生成产物和条件，并为后面学习无氧呼吸和有氧呼吸的过程、原理、影响因素、应用等知识打下坚实的基础。在探究过程中，可以帮助学生体会探究实验的一般流程：提出问题—做出假设—设计实验—进行实验—结论、交流和应用。提高了学生的创新思维和实验设计能力，通过对实验结果的检测，可以帮助学生了解酵母菌无氧呼吸和有氧呼吸的结果、产物鉴定，提高了学生的科学素养。另外，本实验可以为学生学习选修1《生物技术实践》专题一课题一中果酒制作的原理打下基础。

高考命题中重视考查学生的综合能力和科学思维，激发学生学习生物科学的兴趣，培养实事求是的科学态度，帮助学生形成正确的价值观，促进学生德、智、体、美、劳全面发展。本节课在教学中，如果按照教材中提供的实验方案进行实验，反应时间需要8～10小时，难以在课堂中开展，实验效果也不是很理想。因此，在实际教学中大多数教师只是讲解实验，使这个非常重要的探究性实验失去了意义。笔者对该实验进行改进，创新了装置，重新设计了教学过程，利用小组对比实验的方法，取得了较好的教学效果。

一、实验目标

（一）知识目标

1. 了解酵母菌的生物分类，即单细胞真菌，真核生物，代谢类型。

2. 说出酵母菌进行无氧呼吸和有氧呼吸的产物。

3. 举例说出细胞呼吸原理在日常生活、工业和农业生产中的实际应用。

（二）能力目标

1. 能控制实验条件，动手组装不同的实验装置，对产物进行检测。

2. 能根据实验现象，分析并提出问题，然后设计具体可行的实验方案。

3. 能根据实验现象，分析实验结果，得出实验结论，提高运用语言表达能力。

4. 能对异常现象尝试分析原因，培养批判性思维能力。

（三）情感目标

1. 学习探究实验的方法，建立正确科学的价值观。

2. 参与小组合作，总结和分享实验结果。

二、实验原理及设计思路

（一）实验原理

酵母菌是真核生物，单细胞真菌，代谢类型为异养兼性厌氧型，因此在有氧和无氧条件下都能生存，它是研究细胞呼吸的不同方式较好的材料。酵母菌在平常生活中应用很广泛，可以加入面粉中做馒头、面包，也可以酿酒，学生可以根据生活实例，联系本实验，思考酵母菌细胞呼吸的条件和产物。

（二）设计思路

酵母菌在无氧条件下产生酒精，在有氧和无氧条件下都能产生二氧化碳。

三、教材和本次改进用到的实验器材

“安琪”高活性干酵母菌、质量分数为10 % 的NaOH溶液、一次性大头针、5 % 葡萄糖溶液、橡胶软管、体积分数为3 % 的H2O2溶液、一次性注射器、橡皮球、20mL试管、质量分数为20 % 的肝脏研磨液、澄清的石灰水、溴麝香草酚蓝水溶液、浓硫酸、重铬酸钾、锥形瓶等。

四、实验中的创新之处及改进方法

（一）实验前的准备

1. 提前布置预习任务，让学生了解实验基本原理。

（1）本实验的自变量、因变量、无关变量是什么？如何排除无关变量？本实验分几组？

（2）怎样保证酵母菌在整个实验中能正常生活？

（3）怎样鉴定有无酒精产生？有无CO2产生？如何比较CO2产生的多少？

（4）怎样控制有氧和无氧条件？有没有更好的方法？

2. 培训小组组长，让其了解实验基本过程及注意事项。

3. 小组长进行预实验。

（二）酵母菌进行有氧呼吸装置的改进

教材中的实验装置（图1）：

B瓶内为酵母菌培养液;A瓶为质量分数为10 % 的NaOH溶液，作用是吸收空气中的二氧化碳;C瓶为澄清的石灰水，用于检测酵母菌细胞呼吸产生的二氧化碳。

有氧呼吸装置的改进（图2）：

在教材所给的有氧装置中，质量分数为10 % 的NaOH溶液，是否将空气中的二氧化碳除尽了？澄清的石灰水变浑浊是否会因为空气中没有除尽的二氧化碳造成的？学生设计了图2装置。在NaOH溶液和酵母菌培养液之间加一个装有澄清的石灰水的锥形瓶，用于检测空气中的二氧化碳是否除尽，使实验更加严谨。

（三）自变量氧气的控制

教材中的有氧呼吸装置连通橡皮球（或气泵），将空气依次间歇性地通过装有氢氧化钠、酵母菌的培养液、澄清的石灰水的三个锥形瓶（约50分钟）。然后将实验装置放到25～35度的环境中培养8～10小时。如果课堂进行此实验耗时长，不易实施。对此，笔者进行改进，不但缩短了实验时间，而且可以让学生在课堂上设计、进行实验。

改进：

在酵母菌培养液上连接产生氧气的装置。取一个锥形瓶加入过氧化氢溶液。锥形瓶上端连接医用注射器或者分液漏斗，注射器或者分液漏斗里面加入质量分数为20 % 的新鲜肝脏研磨液。通过控制注射器的活塞杆或分液漏斗，将肝脏研磨液加入含过氧化氢的锥形瓶，过氧化氢酶催化H2O2分解产生氧气，氧气通入含酵母菌培养液的锥形瓶，来代替气泵充气。既节约时间又能保证有氧条件，还能防止无关变量的影响。

（四）酵母菌进行无氧呼吸装置的改进

教材中的无氧装置是将酵母菌培养液连接装有澄清的石灰水的锥形瓶，根据澄清石灰水的浑浊程度，判断二氧化碳的产生情况。教材中用的方法是将装置放置一段时间消耗瓶中原有的氧气，但放置的时间不好把握。

无氧呼吸装置改进：

1. 将装有酵母菌培养液的锥形瓶中通入惰性气体氮气或者表面用液体石蜡液封，隔绝空气，保证单一变量，以排除锥形瓶中的空气对实验结果的影响。

2. 实验中也可以用注射器将无氧呼吸装置抽成真空状态，这样可以较快达到无氧状态，缩短实验的时间。

（五）配置葡萄糖溶液用40度左右温水

由于此实验大概在11月进行，气温较低，用40度温水配置葡萄糖溶液可以缩短实验时间，在短时间可观察到明显的实验现象。配置葡萄糖溶液用40度左右温水，并用恒温水浴锅加热，将温度设置为35～38度。加快反应速度，缩短反应时间。

（六）酵母菌的选择

通过使用不同的酵母菌进行比较，发现选用“安琪”高活性干酵母进行实验，实验效果明显、发酵快。

五、进行实验

教师强调实验需要注意事项后，全体学生在组长的带领下，学生分组进行实验，一组用教材中的装置，其他组用改进后的装置开始实验。学生需要仔细观察实验现象、记录实验结果，教师巡视，观察每组学生的实验结果，发现操作不规范的地方及时指导。每组分别汇报实验情况，生生间进行交流。

六、分析结果，得出结论